Классификация способов бурения реферат

Обновлено: 05.07.2024

Все способы бурения шпуров и скважин можно разделить на две группы — механические и физико-химические.

К механическим способам бурения относятся: вра­щательное бурение, ударное, ударно-вращательное 1 и вращательно - ударное2. Эти способы являются наиболее распространенными.

К. физико-химическим способам бурения относят­ся: термическое бурение, взрывное, гидравлическое, электрогидр ав - личеокое и ультразвуковое. Из этих способов в производстве применяются термический и взрывной. Остальные способы нахо­дятся еще в стадии разработки и лабораторного исследования.

Вращательный способ бурения применяется преиму­щественно в породах мягких и средней крепости с коэффициентом крепости f = 1 —=—10 по шкале проф. М. М. Протодьяконова (при бурении взрывных скважин алмазным инструментом вращательное бурение может применяться и в самых крепких породах), удар­ный способ — в породах более крепких (f = 6 4-20).

Ударно-вращательный способ бурения, в котором соединены положительные стороны вращательного и ударного спо­собов, применяется в породах средней крепости и весьма крепких (f = 64-14), вращательн о-у д арное— в породах от средней крепости до очень крепких ([ = 6 4- 20).

При любом механическом способе бурения разрушение породы от воздействия бурового инструмента может быть объемное, по­верхностное или усталостное [21].

Объемное разрушение происходит в том случае, когда давление лезвий инструмента на породу превосходит твердость породы на вдавливание (критическое напряжение), т. е.

___________ £>Свд, (92)

1 Вращательное бурение с приложением к буру небольших ударных нагру­зок с большой частотой ударов. >

2 Ударное бурение с приложением к буру небольшого осевого усилия и кру­тящего момента.

Где Р — осевое усилие на буровой инструмент, кГ (1 кГ = 9,81 н); F — общая площадь контактов лезвий инструмента с поро - ■ дой, см2;

Свд—твердость породы на вдавливание, кГ/см2 (1 кГ/см2 = = 9,8Ы04н/ж2).

В этом случае лезвия бурового инструмента будут эффективно внедряться в породу и разрушать ее.

Поверхностное разрушение будет при - р

БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Средства огневого взрывания

Для огневого взрывания служат капсюли-детонаторы, огнепро­водный шнур и средства его поджигания. Капсюль-детонатор представляет собой гильзу 1 (рис. 15), в которой запрессовано небольшое количество инициирующего ВВ. Гильзы делают из плотной бумаги …

Ручные пневмосверла и гидросверла

Пневмосверла предназначены для бурения шпуров по углю в шахтах, опасных по газу или пыли, а также в шахтах, разрабаты­вающих крутопадающие пласты, где забойные машины работают на пневматической энергии. Для бурения …

БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

П. я. ТАРАНОВ Основной экономической задачей советского народа на ближай­шие 20 лет является, как это указано в Программе КПСС, при­нятой XXII съездом партии, создание материально-технической ба­зы коммунизма. Решение этой задачи …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рис. 2.


Рисунок 2 Классификация способов бурения скважин на нефть и газ.

По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.


Рис. 3 Схема ударного бурения

1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок; 4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок.

По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается, и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается, и смесь извлекается наверх.

По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.

Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Турбобур - это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель - это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращатель ного движения использован винтовой механизм.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида,

Все буровые долота классифицируются на три типа:

1) долота режуще-скалывающего действия, разрушающие по
роду лопастями (лопастные долота);

2) долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);

3) долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу. алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота).

Гост

ГОСТ

Классификация способов бурения. Механическое и немеханическое бурение

Бурение – это процесс строительства скважины посредством разрушения горных пород.

Способы бурения могут классифицироваться по трем основным критериям:

По способу оказания воздействия на горную породу. По данному признаку бурение может быть:

  • немеханическое (гидравлическое, электрофизическое, взрывное и термическое),
  • механическое (пневмоударное, ударно-канатное, вращательное и ударное на штангах).

По типу породоразрушающего инструмента. По данному признаку бурение может быть:

  • режуще-скалывающего действия (лопастный породоразрушающий инструмент),
  • режуще-истирающего действия (твердосплавные и алмазные долота), дробяще-скалывающего действия (шарошечные долота).

По характеру разрушения горных пород на забое скважины. По данному признаку бурение может быть:

В принципе, разрушить горную породу можно и без использования механических методов, при помощи лазеров, термических буров и других устройств. Однако, большинство немеханических способов бурения либо находятся на стадии лабораторных исследований, например, термохимическое и химическое бурение, либо на стадии опытно-промышленного внедрения, например, электроимпульсное бурение.

К механическим способам бурения относятся вращательное и ударное. При ударном бурении долото совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси скважины, нанося периодические удары по забою, при этом вынос горной породы и ударное разрушение забоя чередуются. При ударно-канатном бурении разрушение горной породы осуществляется под воздействием породоразрушающего инструмента, который подвешен на канате, шлам удаляется желонкой, подвешенной вместо долота. Такой способ бурения не используется в промышленных масштабах. В отличии от ударно-канатного бурения, при ударном бурении на штангах спуск долота осуществляется при помощи полых труб - штанг. Последняя штанга имеет канал, по которому подается вода для вывода шлама на поверхность. Этот способ также практически не используется. Пневмоударное бурение - единственное ударное бурение, которое используется в настоящий момент. Вынос шлама осуществляется сжатым воздухом.

Готовые работы на аналогичную тему

Ударное бурение значительно уступает вращательному. Основное преимущество последнего заключается в том, что породоразрушающий инструмент находится в постоянном контакте с забоем, вращаясь вокруг своей оси, шлам удаляется непрерывно. Из-за данного преимущества вращательное бурение обладает более высокой производительностью, чем ударное. Вращательное бурение может осуществляться при помощи ротора, при помощи забойных двигателей, при помощи гидравлической турбины, электрической турбины или винтового забойного двигателя.

Колонковое бурение

Колонковое бурение – это быстровращательное бурение, при котором разрушение горной осуществляется по кольцу, а не по всей площади забоя, при этом внутренняя часть горной породы, сохраняется в виде керна.

Данный способ бурения широко используется при разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Для разрушения крепких горных пород могут использоваться алмазные или дробовые коронки, для пород средней крепости - вольфрамитовые и победитовые, для горных пород небольшой крепости - стальные. При колонковом бурении промывка забоя скважины осуществляют с использованием обычной воды или глинистого раствора. Главное преимущество колонкового способа бурения заключается в его способности давать из выбуриваемой горной породы керны, которые представляют собой столбики ненарушенной структуры. Для подъема такого столбика на поверхность керн периодически заклинивают и поднимают. Таким образом, к особенностям колонкового бурения можно отнести:

  1. Использования легкого оборудования (относительно других способов бурения).
  2. Возможность извлечения из скважины керна.
  3. Маленький диаметр скважины, относительно ее большой глубины.
  4. Возможность осуществлять процесс бурения под различными углами к горизонту, в горных породах практически любой устойчивости и твердости.

К инструментам, которые необходимы для осуществления процесса колонкового бурения относятся: промывочный сальник, коронка, муфто-замковые соединители, колонна бурильных труб, колонковая труба, труба для шлама, тройной переходник. Для спускоподъемных операций используются подкладные вилки, разнообразные ключи и элеваторы. Коронки представляют собой короночные кольца, делающиеся из заготовок труб, в конец которых вставляются резцы из алмазов или твердых сплавов. Внутренняя поверхность такого кольца расточена на конус, верхняя часть правую наружную резьбу в виде трапеции.

Наиболее эффективным на сегодняшний день считается механический способ разрушения.

Механический способ разрушения

Вращательное бурение Ударное бурение

(по способу привода долота верхнего (по типу бурового

во вращение) привода инструмента)

роторное бурение забойными ударно- ударно-

двигателями штанговое канатное

турбинное бурение бурение

на трубах винтовыми забойными

При ударном бурении ствол скважины создается цикличными ударами долота по забою. Долото и ударная штанга прикрепляют к штангам при ударно-штанговом бурении или к инструментальному канату при ударно-канатном бурении. Приподнимание долота осуществляется балансиром бурового станка.

Кривошипно-шатунный механизм действует на балансирную раму. Рама опускается, оттяжной ролик натягивает инструментальный канат. Канат поднимает долото под забоем на 0,05-1,5м. При подъеме балансирной рамы долото падает и разрушает породу. При штанговом бурении ясс (раздвижная штанга) предохраняет штанги от действия динамических нагрузок, допуская свободное перемещение штанг вниз после удара долота о забой (Яссы конструктивно являются труба в трубе).

Очистка забоя от шлама производится с помощью желонки. Желонка включает в себя цилиндр и поршень, оборудованный обратными клапанами.

Буровой раствор обычно не используется при ударном бурении. Для предотвращения обвалов спускается обсадная колонна.

Схема ударно-канатного бурения


2 – ударная штанга

4 – обсадная колонна

5 – раздвижная штанга (ясс, самопад)

6 – канатный замок

7, 9 – обратные клапаны

10, 12 – кривошипно-шатунный механизм

11 – инструментальный канат

13 – балансирная рама

14 – оттяжный ролик.

Особенности ударного бурения.

- частота ударов от 10-20 до 100-150 в мин

- большая мощность удара

- разрушает по твердости породу при малой мощности бурового станка.

- низкая скорость проходки – несколько м/час

- отсутствие буровых насосов, очистных устройств, непрерывной промывки глубина бурения менее сотни метров.

Качество вскрытия низконапорных пластов улучшается из-за отсутствия бурового раствора, но при этом не создается противодавления на стенки скважины. Повышается опасность обвалообразований, приходится спускать большое число обсадных колонн.

Нельзя вскрывать высоконапорные пласты из-за опасности фонтанирования, выбросов, пожаров.

Вращательное бурение

Характеризуется тем, что горная порода разрушается вращающимся долотом, на которое передается осевая нагрузка и крутящий момент.

Крутящий момент передается на долото или с поверхности от ротора через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового бура).

Осевая нагрузка создается весом утяжеленных бурильных труб (УБТ), забойным двигателем и т.д.

На долото диаметром 215,9 мм. крутящий момент в зависимости от типа долота и свойств породы может принимать значения от 1 до 3 кН*м.

Нагрузка может принимать значения от 100-250 кН (P=mg, m=P/g = 250*10 3 /10 = 250*10 2 = 25 тонн).

Частота вращения долота при роторном бурении - 20-200 об/мин, при бурении винтовыми двигателями - 150-250 об/мин, при турбинном и электробур-м без редуктора – 250-800 об/мин, при бурении турбобурами и электробурами с редуктором - 200-300 об/мин.

Мощность буровых установок при бурении на глубину до 4500 м. составляет 1000, 1500 кВт. На долото передается только 200-50 кВт. Скорость проходки достигает 100 м в час при бурении пород средней твердости и мягких. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка скважины водой или специально приготовленной жидкостью в течение всего времени работы долота на забое.

Буровые насосы (один, два или три) нагнетают промывочную жидкость в стояк-трубу, далее в гибкий буровой шланг, вертлюг и в бурильную колонну. Доходит до долота и далее промывочная жидкость по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность к устью скважины. Здесь в желобной системе и др. установках очищается буровой раствор от шлама, затем поступает в приемные емкости насосов и вновь закачивается в скважину.


Схема установки для бурения глубоких скважин

2 - УБТ (наддолотная утяжеленная бурильная труба),

5- муфтовый переводник,

6, 7 – УБТ (утяжеленные бурильные трубы),

9 – предохранительное кольцо,

10 – бурильные трубы,

13 – ведущая труба,

15 – лебедка, 17 – крюк,

20 – талевый блок,

22 – буровой шланг,

27 – буровой насос

По мере бурения скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе (кронблок, талевый блок, крюк, талевый канат), подается в скважину.

Поднятую свечу с помощью пневмораскрепителей, пневматических или электрических ключей отвинчивают от бурильной колонны. Отвинченная свеча поднимается под действием пружины крюка, и ниппель замка сразу же выходит из муфты замка до включения лебедки.

Помощник бурильщика захватывает нижний конец свечи крючком, отводит и ставит ее на подсвечник. Второй помбур, который находится на площадке верхнего рабочего (верховой), на уровне верхнего конца свечи, освобождает свечу от элеватора и заводит ее верхний конец за специальную консольную балку – палец, закрепленную на вышке. Бурильщик захватывает порожним элеватором бурильную колонну и спуско-подъемная операция по подъему следующей свечи повторяется.

Бурильные трубы обычно изготавливают длиной не более 12 м. Для СПО (спуско-подъемных операций) инструмент расчленяют на части по 2-4 трубы, называемые свечами. Грузоподъемность вышки определяется массой бирильной колонны с запасом на возможные осложнения, затяжки и заклинивания инструмента в скважине. Вышки для бурения на 4500м. имеют грузоподъемность около 200 тонн. (P = ρgH = 1000*10*4500 = 45000 ÷ 000).

Ротор передает вращение бурильному инструменту, используется при СПО как опора для установки бурильной колонны, удерживаемой клиновыми захватами или элеватором, поворачивает бурильную колонну во время ориентированного спуска инструмента при наклонном бурении.

Требования к буровым установкам, техническим устройствам, инструменту

Буровая установка - это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций. Современные буровые установки включают в себя следующие составные части:

• буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг, ротор, привод, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции, пневмосистема);

• буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркасно-панельные укрытия);

• оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спускоподъемных операций, пневма­тический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);

• оборудование для приготовления, очистки и регенерации промывочного раствора (блок приготовления, вибросита, песко и глиноотделители, подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и промывочного раствора);

• манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-запорные устройства, буровой рукав);

• устройства для обогрева блоков буровой установки (теплогенераторы, отопительные радиаторы и коммуникации для разводки теплоносителя).

Выбор типа импортных буровых установок должен произво­диться с учетом вышеназванных критериев и нормативов.

Буровые установки для бурения скважин глубиной свыше 4000 м по требованию заказчика оснащаются автоматами спуско-подъемных операций.

Буровые установки должны оснащаться верхним приводом при:

— бурении скважин с глубины более 4500 м;

— вскрытии пластов с ожидаемым содержанием в пластовом флюиде сероводорода свыше 6 (объемных) процентов;

— наборе угла с радиусом кривизны менее 30 м в наклонно- направленных скважинах;

— бурении горизонтального участка ствола скважины длиной 300 м. в скважинах глубиной по вертикали более 3000 м.

Буровые установки (в том числе импортные) должны быть выполнены во взрывозащищенном варианте.

Оснащенность буровых установок светильниками должна обеспечивать освещенность:

- роторного ствола – 100 лк;

- пути движения талевого блока — 30 лк;

- помещения вышечного и насосного блоков – 75 лк;

- превенторной установки — 75 лк;

- лестниц, маршей, сходов, приемного моста — 10 лк.

Управление буровой лебедкой должно осуществляться с пульта бурильщика. Пуск буровых насосов в работу должен производиться с местного поста управления, а регулирование их работы и остановка — с пульта бурильщика и местного поста управления.

Работы на приемном мосту буровой установки по затаскиванию и выбросу труб, а также работы по обслуживанию (замене) гидравлических блоков буровых насосов должны быть механизированы, а управление грузоподъемными механизмами для работы на приемном мосту — дистанционным.

Конструкция вспомогательной лебедки должна обеспечивать плавное перемещение и надежное удержание груза на весу. С пульта управления лебедкой оператору должен быть обеспечен обзор места работы и перемещения груза. При необходимости должен быть установлен дублирующий пульт управления.

Буровая установка должна быть укомплектована:

— ограничителем высоты подъема талевого блока;

— ограничителем допускаемой нагрузки на крюке;

— блокирующими устройствами по отключению привода буровых насосов при превышении давления в нагнетательном трубопроводе на 10—15 % выше максимального рабочего давления насосов для соответствующей цилиндровой втулки;

— станцией (приборами) контроля параметров бурения (тип станции устанавливается заказчиком);

— приемным мостом с горизонтальным участком длиной не менее 14 м, шириной - не менее 2 м. и стеллажами. Запрещается укладка труб на стеллажах в штабели высотой более 1,25 м;

— механизмами для приготовления, обработки, утяжеления, очистки, дегазации и перемешивания раствора, сбора шлама и отработанной жидкости при безамбарном бурении;

— устройством для осушки воздуха, подаваемого в пневмосистему управления буровой установки;

— успокоителем ходового конца талевого каната;

— системами обогрева рабочих мест;

— блокирующими устройствами по предупреждению включе­ния ротора при снятых ограждениях и поднятых клиньях ПКР;

— приспособлением (поясом) для А-образных мачт и вышек с открытой передней гранью, предотвращающих паление устанав­ливаемых (установленных) за палец свечей;

— системой приемных емкостей, оборудованных уровнемера­ми и автоматической сигнализацией уровня жидкости в них;

— градуированной мерной емкостью для контролируемого долива скважины, оснащенной уровнемером.

Все закрытые помещения буровой установки, где воз­можны возникновение или проникновение воспламеняющихся смесей, оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией с механи­ческим побуждением, обеспечивающей воздухообмен в соответ­ствии с требованиями санитарных норм и правил. Режим работы вентиляции от момента вскрытия продуктивного горизонта до окончания строительства скважины должен быть постоянным. При достижении 20 % от нижнего предела воспламенения смеси воздуха с углеводородами должен включаться предупредитель­ный сигнал, а при достижении 50% предела - должно быть обеспечено полное отключение оборудования и механизмов.

Конструкция основания буровой вышки должна пре­дусматривать возможность:

— монтажа превенторной установки на устье скважины и де­монтажа основания при установленной фонтанной арматуре или части ее;

— установки стола ротора на уровне пола буровой, а также рационального размещения:

— средств автоматизации, механизации и пультов управлений,

— обогреваемого подсвечника со стоком раствора;

— воздухо-, масло-, топливопроводов и средств системы обо­грева;

— механизма крепления неподвижной ветви талевой системы.

— механизмов по изменению положения машинных ключей по высоте;

— механизма крепления рабочих и страховочных канатов ма­шинных ключей;

— шурфов для наращивания, установки ведущей трубы и (при необходимости) утяжеленных бурильных труб;

— устройств на механизации установки ведущей трубы и УБТ в шурфы.

Применяемые крепления всех приспособлений и устройств, устанавливаемых на вышках, должны исключать их са­мопроизвольное раскрепление и падение. Приспособления и уст­ройства должны быть застрахованы от падения.

Вышки (кроме мобильных буровых установок) долж­ны быть оборудованы площадками для обслуживания кронблока и замены бурового шланга. При ручной расстановке свечей вышки оборудуются площадкой верхового рабочего с устрой­ством для его эвакуации в случае возникновения аварийной си­туации. Устройство должно быть расположено за пределами вышки и обеспечивать эвакуацию верхового рабочего за преде­лы внутривышечного пространства.

Читайте также: